Não é possível observar um buraco negro diretamente porque ele não emite radiação. Entretanto, um buraco negro exerce força gravitacional sobre os corpos ao seu redor e graças a isso podemos detectá-lo. Um modo de detectar um candidato a buraco negro é procurá-lo em sistemas binários (duas estrelas que orbitam uma ao redor da outra) onde uma das componentes do sistema parece ser invisível e tenha massa maior do que 3-6 M.
Através do estudo da deflexão da órbita da estrela visível do sistema duplo pode-se descobrir a massa do objeto invisível e assim confrontar o resultado encontrado com o limite mínimo de massa para a existência de um buraco negro.
Outro indício de que o sistema possa conter um buraco negro é a presença de um disco de acresção. Este se forma porque o buraco negro captura matéria da companheira através de um disco no qual a matéria pode perder o excesso de momentum angular via um processo de fricção que aquece a matéria capturada a 107 K. Este aquecimento provoca uma forte emissão de raios-X.
As emissões fortes de raios-X podem vir de outras fontes. Assim devem existir evidências mais específicas de que esta radiação seja mesmo originada em um disco de acresção. Para que um candidato seja realmente um disco de acresção ele deve ter dimensões pequenas (da ordem de milisegundos-luz para os estelares e dias-luz para os supermassivos no centro das galáxias) para que seja coerente com o modelo proposto. Deste modo deve-se procurar fontes de raios-X com período de variação da emissão da ordem de segundos ou dias-
Outro indício da presença de discos de acresção é sua "assinatura" cinemática. Embora as pequenas dimensões do disco não permitam que eles sejam resolvidos espacialmente, o efeito Doppler na luz, descrito a seguir, permita que se resolva as velocidades do gás no disco. Se o disco estiver inclinado em relação ao observador, este verá um lado do disco se "aproximar" com uma certa velocidade (que é muito alta, da ordem de milhares de km/s para um disco de acresção orbitando um buraco negro) e verá o outro lado do disco se afastar com a mesma velocidade.
